DE1903994A1

DE1903994A1 - Astabile Kippschaltung

Info

Publication number: DE1903994A1
Application number: DE19691903994
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-01-28
Filing date: 1969-01-28
Publication date: 1970-08-20
Also published as: JPS4913095B1; FR2030941A5

Description

R. 9299
24.1.1969 Ohr/Sζ

Anlage zur

l^ Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart W, Breitscheidstr. 4- AstaMle Kippschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine astabile Kippschaltung nach Art eines Multivibrators zum periodischen Ein- und Ausschalten eines Verbraucherstromkreises, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, wobei die astabile Kippschaltung zwei Halbleiterelemente mit abwechselnd leitfähiger Schaltstrecke, vorzugsweise Transistoren, und ein von der astabilen Kippschaltung gesteuertes Schaltglied mit wenigstens einer ersten Schaltstrecke enthält, die in den Verbraucherstromkreis einschaltbar ist, und betrifft die besondere Ausbildung dieser Kippschaltung in bezug auf die Möglichkeit, auch lange Impulszeiten zu verwirklichen.

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Robert Bosch GmbH R. 9299 Chr/Sz

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Im Straßenverkehr ist es üblich, die F ahrtrichtungs änderungen von Fahrzeugen anzuzeigen. Man verwendet dazu Blinkanlagen, die am Fahrzeug angeordneten Blinkleuchten, eine Blinkeinrichtung, sowie den Fahrtrichtungsschalter umfassen. Die Blinkeinrichtung steuert die Blinklampen, die zwischen sechzig- und hundertzwanzigmal in der Minute aufleuchten.

Es sind Blinkeinrichtungen bekannt, bei denen ein transistori- ' sierter, astabiler Multivibrator als Taktgeber vorgesehen ist. Üblicherweise enthalten derartige Multivibratoren zwei Transistorenkreise, die über ein Zeitglied rückgekoppelt sind und von denen dann, wenn sich der eine Kreis im leitenden Zustand befindet, der andere im nichtleitenden Zustand ist. Nach Ablauf eines durch das Zeitglied bestimmten Zeitintervalls wird der im leitenden Zustand befindliche Kreis in den nichtleitenden Zustand und der im nichtleitenden Zustand befindliche Kreis in den leitenden Zustand gekippt. Durch fortwährende Wiederholung dieses Vorgangs arbeitet die Schaltung als Oszillator. Dem Transistor des einen Kreises ist - gegebenenfalls nach Verstärkung in einem Leistungstransistor - ein Schaltrelais nachgeschaltet, daß den Blinkstrom im entsprechenden Takt fließen läßt.

Kippstufen mit zwei Transistoren, die einerseits ein Schaltglied mit niederem Eingangswiderstand steuern, andererseits aber lange Schaltzeiten aufweisen sollen, benötigen Kondensatoren großer Kapazität, damit diese langen Schaltzeiten verwirklicht werden können. Außerdem sind Transistoren mit hoher Stromverstärkung, ■· in den meisten Fällen sogar noch ein zusätzlicher Ausgangstransistor erforderlich. Dadurch haben Kippschalter, die beispielsweise für Blinkgeber in Kraftfahrzeugen Verwendung finden, eine große räumliche Ausdehnung und sind durch die zusätzlichen Schaltelemente teuer in der Herstellung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen mit einer Schaltung zu begegnen, die wenig Raum beansprucht und mit billigen Schaltelementen hergestellt werden kann.

Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs erwähnten astabilen Kippschaltung dadurch erreicht, daß die erste Schaltstrekke des Schaltglieds in einem Parallelkreis zu der einen Steuerstrecke desjenigen zweiten Halbleiterelements, dessen Schaltstrecke während der Ruhezeit des Schaltglieds gesperrt ist,
angeordnet ist.

Ein besonders vorteilhaftes Kennzeichen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Schaltglied mit zwei Schaltstrecken in Wirkungsverbindung steht, von denen die erste im
Parallelkreis zu der einen Steuerstrecke des zweiten Halbleiterelements angeordnet und von denen die zweite in den Verbraucher-Stromkreis einschaltbar ist.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Pig. I einen Stromlaufplan einer astabilen Kippschaltung
nach der Erfindung,

Pig. 2 einen Stromlaufplan einer astabilen Kippschaltung

nach der Erfindung, in der ein Halbleiter die Funktion einer Schaltstrecke übernimmt, und

Pig. 3 einen Stromlaufplan einer astabilen Kippschaltung
nach der Erfindung, in der beide Schaltstrecken
durch Halbleiter ersetzt sind.

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Pig. 1 zeigt einen ersten Transistor 11 und einen zweiten Transistor 12, beides Siiizium-pnp-Transistoren, deren Emitter über eine gemeinsame Leitung 13 - die Plusleitung - an dem Pluspol einer Fahrzeugbatterie 14 angeschlossen sind. Der Kollektor des ersten Transistors 11 liegt über einen Widerstand 15 an einer gemeinsamen Leitung 16 -, der Minusleitung -, die mit dem Minuspol der Batterie 14 und dem Fahrzeugchassis verbunden ist. Zwischen der Basis des ersten Transistors 11 und der Minusleitung 16 liegt ein Widerstand 17· An den Kollektor des ersten Transistors 11 ist die Basis des zweiten Transistors 12 über "einen Kondensator 18 angeschlossen, während die Basis des zweiten Transistors 12 über einen Widerstand 19 an einer gemeinsamen Verbindungsleitung 21 liegt. Vom Kollektor des zweiten Transistors 12 führt ein Dämpfungswiderstand an einen Verbindungspunkt 25· Zwischen dem Verbindungspunkt 23 und der Basis des ersten Transistors 11 liegt ein Kondensator 24, zwischen dem Verbindungspunkt 23 und der Minusleitung 16 ein Widerstand 25-An den Kollektor des zweiten Transistors 12 ist das eine Ende der Erregerwicklung eines Relais 26 angeschlossen, während das andere Ende der Wicklung an der Minusleitung 16 liegt. Mit dem Anker 27 des Relais '26 ist ein als erste Schaltstrecke verwendeter Schalter 31 und ein als zweite Schaltstrecke verwendeter Schalter 32 mechanisch gekuppelt. Der eine Kontakt des Schalters 31 liegt an der Minusleitung 16, von dem anderen Kontakt führt eine Leitung über einen Widerstand 30 zu der Basis des zweiten Transistors 12 der Kippschaltung. Der eine Kontakt des Schalters 32 dagegen liegt an der gemeinsamen Leitung 21, während der andere Kontakt dieses Schalters an die Plusleitung 13 angeschlossen ist. Ist die Wicklung des Relais 26 stromlos, das Relais 26 also in Ruhestellung, sind die beiden Schalter 31 und 32 geöffnet. Die geneinsame Leitung 21 führt zu einem Fahrtrichtungsschalter 33· Dieser Schalter hat eine Nullstellung und zwei

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Arbeitsstellungen, an jede dieser beiden Arbeitsstellungen sind jeweils eine oder mehrere Fahrtrichtungsiampen 34- angeschlossen. Die noch freien Anschlüsse dieser F ahrtrichtungs lampen stehen mit der Minusleitung 16 in Verbindung.

Die grundsätzliche Wirkungsweise eines astabilen Multivibrators ist an sich bekannt. Der erste Verstärkerkreis mit dem ersten Transistor 11 und der zweite Verstärkerkreis mit dem zweiten Transistor 12 sind über ein erstes Zeitglied, das den Kondensator 18 und den Widerstand 19 enthält, und ein zweites Zeitglied, das den Kondensator 24· und den Widerstand 17 enthält, rückgekoppelt. Sobald der Fahrtrichtungsschalter 33 in eine von den beiden Arbeitsstellungen gebracht ist, fließt ein Strom vom Minuspol der Batterie 14· über die zugehörige Fahrtrichtungslampe 34-, die gemeinsame Leitung 21 und über den Widerstand 19 in den Kondensator 18, dessen anderes Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke des ersten Transistors 11 - der zu dieser Zeit leitend ist - an der Plusleitung 13 liegt, und lädt diesen auf. Nach einer durch das erste Zeitglied mit dem Kondensator 18 und dem Widerstand 19 bestimmten kurzen Zeit wird der zweite Transistor 12 leitend und durch die Wicklung des Relais 26 fließt ein Strom; der Anker des Relais zieht an und schließt den als erste Schaltstrecke verwendeten Schalter 31 und den als zweite Schaltstrecke verwendeten Schalter 32. Nun fließt auch ein Strom vom Minuspol der Batterie 14- über die gerade eingeschaltete Fahrtrichtungf '^4-, den Schalter 33 und den Schalter 32 zum Pluspol der Batterie, die Fahrtrichtungslampe leuchtet auf. Nach einiger .. Zeit ist das Potential am Kondensator 24- wieder so weit angestiegen, daß der erste Transistor 11 leitend wird und.damit den zweiten Transistor 12 in seinen nichtleitenden Zustand zurücksteuert. Damit wird die Wicklung des Relais 26 stromlos, der Anker fällt ab und die beiden Schalter 31 und 32 öffnen sich. ■Damit erlischt die vorher eingeschaltete Fahrtrichtungslampe 34·.

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Wäre der Widerstand 30 und der Schalter 31 nicht vorhanden, dann würde während der Zeit, während der zweite Transistor 12 leitend ist und der Anker des Relais 26 angezogen hat, die Basis d.es zweiten Transistors 12 über den Widerstand 19 und die zweite Schaltstrecke 32 an die Plusleitung 13 angeschlossen sein. Damit kann über den Widerstand 19 kein Basisstrom in den zweiten Transistor 12 fließen, im Gegenteil, dieser Widerstand 19 überbrückt sogar die Basis-Emitter-Strecke des zweiten Transistors 12. Der Kondensator 18 muß während der gesamten Durchsteuerzeit des zweiten Transistors 12 also nicht nur den erforderlichen Basisstrom liefern, sondern müßte auch noch den Parallelstrom durch den Widerstand 19 übernehmen. Soll die astabile Kippschaltung für lange Schaltzeiten ausgelegt sein, ist daher für den Kondensator 18 ein großer Kapazitätswert und meist zusätzlich für den zweiten Transistor 12 ein hoher Stromverstärkungsfaktor erforderlich.

Während der zweite Transistor 12 leitend ist und der Anker des Relais 26 angezogen hat, ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auch die erste Schaltstrecke 31 geschlossen. Daher fließt vom Minuspol der Batterie 14 über die Minusleitung 16 ein zusätzlicher Strom über den Widerstand 30 in die Basis des zweiten Transistors 12. Der zweite Transistor 12 kann somit über eine längere Zeit - nämlich solange, bis ihn der erste Transistor 11 zurückkippt - leitend bleiben. Der Effekt dieser zusätzlichen Basisstromzuführung ist der gleiche, wie wenn der Kondensator 18 einen größeren Kapazitätswert aufweisen würde.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer astabilen Kippschaltung nach der Erfindung. Gleiche Elemente der Figur sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kollektor des zweiten Transistors 12 ist nun direkt an den Verbindungspunkt 23

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angeschlossen, zwischen diesem Verbindungspunkt 23 und der Basis eines dritten Transistors 36 liegt ein Strombegrenzungswiderstand 35, zwischen der Basis des dritten Transistors 36 und der Minusleitung 16 der Ableitwiderstand 38. Zwischen der Basis des zweiten Transistors 12 und dem Kollektor des dritten Transistors 36, der als Silizium-npn-Transistor ausgebildet ist, liegt der Widerstand 30. Zwischen dem Kollektor des dritten Transistors 36 und der Plusleitung 13 ist das Relais 26 angeordnet. Mit dem Anker des Relais 26 ist der als zweite -Schaltstrecke verwendete Schalter 32 mechanisch gekuppelt.

Die astabile Kippschaltung mit den Transistoren 11 und 12 hat dieselbe Wirkungsweise wie die in Fig. 1 beschriebene astabile Kippschaltung. Wenn der Fahrtrichtungsschalter 33 in eine Arbeitsstellung gebracht ist, fließt während der Zeit, in der der zweite Transistor 12 leitend ist, von der Plusleitung 13 ein Basisstrom über diesen zweiten Transistor 12 und den zur Strombegrenzung dienenden Widerstand 35 in die Basis des dritten Transistors 36. Venn dadurch der dritte Transistor 36 leitend geworden ist, zieht der Anker 27 des Relais 26 an. Die über dem Relais 26 liegende Spannung ist gleich der Spannung der Batterie 14·, vermindert um die Restspannung des dritten Transistors 36. Wie bei dem in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel fließt - nun über den dritten Transistor 36 - ein zusätzlicher Strom über den Widerstand 30 in die Basis des zweiten Transistors 12. Diese Schaltung nach Fig. 2 ist vor allem dann von Vorteil, wenn in der integrierten Schaltungstechnik mit Hilfe der astabilen Kippschaltung niederohmige Verbraucher, wie beispielsweise Blinklampen eines Kraftfahrzeuges, betrieben werden sollen. Der hohe Lampenstrom wird dann über den vom Relais 26 gesteuerten zweiten

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Schalter 32 geführt, während die gesamte übrige Schaltung mit · integrierten Schaltkreisen aufgebaut sein kann. Mit verhältnismäßig kleinen Kondensatoren können auch in diesem Ausführungsbeispiel sehr lange Impulszeiten verwirklicht werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer astabilen Kippschaltung, die ganz in Halbleitertechnik aufgebaut ist, zeigt Fig. 3· Auch hier sind wieder gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle des Relais ist in Fig. 3 ein ohmscher Widerstand 39 angeordnet. Die Basis eines vierten Transistors 37 ist - gegebenenfalls über einen Begrenzungswiderstand 41 - an den Kollektor des dritten Transistors 36 angeschlossen. Die Kollektor-Emitter-Strecke des vierten Transistors 37» eines Silizium-pnp-Transistors, ist an die Plusleitung 13» der Kollektor an die gemeinsame Leitung 21 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der astabilen Kippschaltung ist grundsätzlich' dieselbe wie in den beiden ersten Ausführungsbeispielen geschildert. Sobald der Schalter 33 geschlossen ist, fließt vom Minuspol der Batterie über den Verbraucher 34-, den Schalter 33 und den dritten Transistor 37 in dem von der astabilen Kippschaltung gegebenen Rhythmus ein pulsierender Strom zum Pluspol 13 der Batterie 14. Es ist möglich, die gesamte astabile Kippschaltung in integrierter Schaltungstechnik auszuführen.

Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine astabile Kippschaltung mit sehr langen Impulszeiten aufzubauen, obwohl dabei Kondensatoren, mit sehr kleinen Kapazitätswerten verwendet werden können. Ein Relais mit zwei Arbeitskontakten schließt einerseits einen Verbraucher niederohmig an eine Spannungsquelle an und ermöglicht andererseits einen zusätzlichen Basisstrom für den zweiten Transistor der

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Kippschaltung. Sieht man - vor allem in der integrierten Schaltungstechnik - einen dritten Transistor vor, so ist nur ein einziger von einem Relais gesteuerter Arbeitskontakt erforderlich. Es ist auch möglich, ganz auf mechanische Kontakte zu verzichten, wenn die den Verbraucher einschaltende Schaltstrecke durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors gebildet - ist. Mit Vorteil kann die erfindungsgemäße astabile Kippschaltung als Taktgeber für Blinkeinrichtungen in Kraftfahrzeugen verwendet werden, beispielsweise für die Fahrtrichtungsanzeige, aber auch als Taktgeber für Pannenleuchten. Ebenso vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen astabilen Kippschaltung als Taktgeber für Wischer-Intervall-Schalter in Kraftfahrzeugen, also Vorrichtungen, die Scheibenwischermotoren in Kraftfahrzeugen intermittierend einschalten.

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Claims

- ίο - Robert Bosch GmbH R. 9299 Chr/Sz Stuttgart Ansprüche

1. Astabile Kippschaltung nach Art eines Multivibrators zum periodischen Ein- und Ausschalten eines Verbraucher Stromkreises, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, wobei die astabile Kippschaltung zwei Halbleiterelemente mit abwechselnd leitfähiger Schaltstrecke, vorzugsweise Transistoren, und ein von der astabilen Kippschaltung gesteuertes Schaltglied mit wenigstens einer ersten Schaltstrecke enthält, die in den Verbraucherstromkreis einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste Schaltstrecke (31) des Schaltglieds (26) in einem Parallelkreis zu der einen Steuerstrecke desjenigen zweiten Halbleiterelements (12), dessen Schaltstrecke während der Ruhezeit des Schaltglieds (26) gesperrt ist, angeordnet ist.

2. Astabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (26) mit zwei Schaltstrecken (31 > 32) in Wirkungsverbindung steht, von denen die erste (31) im Parallelkreis zu der einen Steuerstrecke des zweiten Halbleiterelements (12) angeordnet und von denen die zweite (32) in den Verbraucherstromkreis (34-) einschaltbar ist.

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3. Astabile Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Parallelkreis zu der einen Steuerstrecke des zweiten Halbleiterelements (12) in Serie mit der ersten Schaltstrecke (31) des Schaltglieds (26) ein Widerstandselement (30) angeordnet ist.

4. Astabile Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltstrecke (31) des Schaltglieds (26) im Parallelkreis zu der Basis-Kollektor-Strecke des als pnp-Transistor ausgebildeten zweiten Halbleiterelements (12) angeordnet ist.

5· Astabile Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (26) als Schaltrelais ausgebildet ist, das mit zwei in Ruhestellung geöffneten Schaltern (3I₁ 32) in Wirkungsverbindung steht.

6. Astabile Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (26) wenigstens ein drittes (36) und ein viertes (37) Halbleiterelement - vorzugsweise Transistoren - enthält.

7· Astabile Kippschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des dritten Halbleiterelements (31) mit der einen Ausgangselektrode des zweiten Halbleiter-

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elements (12) - dessen andere Ausgangselektrode im Wesentlichen an die eine Klemme (13) einer die astabile Kippschaltung versorgenden Gleichstromquelle (14) anschließbar ist - und die Steuerelektrode des vierten Halbleiterelements (37) mit der einen Ausgangselektrode des dritten Halbleiterelements (36) - dessen andere Ausgangselektrode im wesentlichen an die andere Klemme (16) der Gleichstromquelle (14-) anschließbar ist - verbunden ist.

8. Astabile Kippschaltung nach Anspruch 6 oder 7? dadurch gekennzeichnet,daß der Kollektor des als npn-Transistor ausgebildeten dritten Halbleiterelements (36) über das Widerstands element (30) mit der Basis des zweiten als pnp-Tran— sistor ausgebildeten Halbleiterelements (12) und die Basis des dritten Halbleiterelements (36) im wesentlichen mit dem Kollektor des zweiten Halbleiterelements (12) verbunden ist, wobei der Emitter des zweiten Halbleiterelements (12) an den als die eine Klemme verwendeten Pluspol (13) der Gleichstromquelle (14) und der Emitter des dritten Halbleiterelements an den als die andere Klemme verwendeten Minuspol (16) der Gleichstromquelle (14·) anschließbar s.ind.

9· Astabile Kippschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des als pnp-Transistor ausgebildeten vierten Halbleiterelements (57) im wesentlichen mit

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der einen Ausgangselektrode des dritten Halbleiterelements (36) verbunden, der Emitter an den als die eine Klemme verwendeten Pluspol (13) der Gleichstromquelle (14) und der Kollektor.- gegebenenfalls über weitere Schaltmittel (33) an die eine Klemme des Verbrauchers (34-) anschließbar ist, wobei die andere Klemme des Verbrauchers (34) an den als die andere Klemme verwendeten Minuspol (16) der Gleichstromquelle (14) anschließbar ist.

10. Verwendung einer astabilen Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Taktgeber für Blinkeinrichtungen in Kraftfahrζ eugen.

11. Verwendung einer astabilen Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Taktgeber für Wischer-Intervallschalter in Kraftfahrzeugen.-

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